DE2202268C2 - Neutronenflußmeßvorrichtung für einen Kernreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Neutronenflußmeßvorrichtung für einen Kernreaktor, der innerhalb eines Reaktorgefäßes einen von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Reaktorkern aufweist, bestehend aus einem unterhalb des Reaktorgefäßes angeordneten Neutronendetektor und aus einer vertikal über diesem angeordneten zum Reaktorkern gerichteten rohrförmigen Kammer, die an beiden Enden abgeschlossen und mit einem Inertgas gefüllt ist.

Eine derartige Vorrichtung zeigt die US-PS 28 72 400. Dabei ist bei einem Kernreaktor mit einer Vielzahl von horizontal angeordneten Rohren für das Hindurchleiten des Kühlmittels und die gleichzeitige Aufnahme des Kernbrennstoffes in der aus Beton bestehenden Bodenwandung des Reaktorgefäßes eine Mehrzahl von horizontal verlaufenden Kanälen vorgesehen, von welchen vertikal nach oben führende rohrförmige Kammern abzweigen. Durch diese Kammern wird ein gewisser Teil des innerhalb des Reaktorkernes vorhandenen Neutronenflusses nach unten geleitet und mit Hilfe von Neutronendetektoren gemessen, die seitlich in die horizontal verlaufenden Kanäle innerhalb des Bodens des Reaktorgefäßes einschiebbar sind. Eine derartige Auslegung der Neutronenflußmeßvorrichtung besitzt jedoch den Nachteil, daß durch die innerhalb des Bodens des Reaktorgefäßes vorgesehenen Kanäle die Festigkeit des Reaktorgefäßes in unnötiger Weise reduziert wird. Fernerhin sind die Meßpunkte für den Neutronenfluß durch das Anordnen der Kammern innerhalb des Bodens des Reaktorgefäßes von vornherein festgelegt, so daß spätere Optimierungsmaßnahmen nicht oder nur schlecht durchführbar sind.

Weiterhin sind Neutronenflußmeßvorrichtungen für flüssigkeitsgekühlte Kernreaktoren bekannt (siehe »Nuclear Instruments and Methods« 27 (1964) 292—293 sowie »IEEE Transactions on Nuclear Science« Vol. NS-17 (1970) 572—580), bei welchen der eigentliche Neutronendetektor oberhalb bzw. seitlich des Reaktorkerns angeordnet ist Um somit den innerhalb des Reaktorkernes vorhandenen Neutronenfluß messen zu können, müssen Zuführungsrohre vorgesehen sein, die entweder von oben her in den Bereich des Reaktorkerns hineinragen oder in der seitlichen Wandung des Reaktorgefäßes verlegt sind. Da aus Sicherheitsgründen die oberhalb des Reaktorkernes vorhandene Flüssigkeitssäule eine bestimmte Mindesthöhe nicht unterschreiten darf, bedingt eine derartige Auslegung der Neutronenflußmeßvorrichtung lange Zuführwege des Neutronen-Strahls bis zu dem Neutronendetektor, was zu einer Verringerung der Meßgenauigkeit insbesondere beim Hochfahren des Reaktors, d. h. bei relativ schwachen Neutronenflüssen führt Auf der anderen Seite sind bei derartigen bis in den Reaktorkern hineinragenden Zuführeinrichtungen, insbesondere bei Hochleistungsreaktoren, wegen ihrer relativ großen Baulänge Vibrationen durch die herrschenden großen Strömungsgeschwindigkeiten schiecht vermeidbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei weitgehender Vermeidung einer Störung anderer Reaktorfunktionen eine genaue Bestimmung des Neutronenflusses innerhalb des Reaktorkernes möglich ist, wobei die Wahl des bzw. der Meßpunkte selbst nach Abschluß des Reaktorbaus relativ frei vornehmbar ist

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige weitere Ausbildungen.

Aufgrund einer derartigen Ausgestaltung der rohrförmigen Kammer kann dieselbe an einer beliebigen Stelle des Reaktorkernes eingesetzt werden, so daß der Neutronenfluß an den unterschiedlichsten Stellen des Reaktorkcrncs bestimmt werden kann. Da fernerhin bei modernen Kernreaktoren die Anzahl der vorgesehenen Brennstoffeinheiten sehr hoch ist, erlaubt eine derartige Ausgestaltung das gleichzeitige Einsetzen mehrerer Rohrbehälter, wodurch die Betriebsüberwachung beispielsweise bei einem Leistungsreaktor erleichtert bzw. verbessert wird. Da schließlich die vorgesehenen Rohrbehälter anstelle von Brennstoffeinheiten in den Reaktorkern eingesetzt werden, erübrigt sich das Vorsehen zusätzlicher Halteeinrichtungen, so daß der Reaktorbetrieb aufgrund der vorhandenen Rohrbehälter nicht oder nur minimal beeinträchtigt wird.

Die Erfindung wird anhand der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung abgebildet ist, und zwar im Vertikalschnitt, angeordnet in einem Kernreaktor mit schnellen Neutronen, einschließlich zweier benachbarter Brennstoffeinheiten.
Die gezeigte Meßvorrichtung ist vorgesehen für einen Kernreaktor mit einem Reaktorgefäß 10, das flüssiges Natrium 12 enthält, über dem sich ein Polster aus inertem Gas befindet.

Das Reaktorgefäß SO, welches irn allgemeinen aus rostfreiem Stahl besteht, ist in einem Sicherheitsgefäß 14 enthalten, das ebenfalls aus rostfreiem Stahl besteht und von einer Wärmedämmung 16 umgeben ist. Ein zwischen den beiden Gefäßen vorhandener Zwischenraum 18 ist mit einem inerten Gas, Argon oder Stick-

stoff, unter einem Druck gefüllt, der etwas oberhalb des Umgebungsatmosphärendrucks liegt. Im Reaktorkern ist ein horizontales Traggestell zur Aufnahme von Brennstoffeinheiten 20 und zur Verteilung des flüssigen Natriums, das diese Einheiten kühlt, angeordnet Das Traggestell setzt sich aus zwei Rohrboden 22 und 24 zusammen, die durch Hülsen oder Buchsen 26 zur Aufnahme von Füßen 28 der Brennstoffeinheiten 20 verbunden sind. Das flüssige Natrium strömt über öffnungen 30 in den Buchsen 26 und öffnungen 32 in den Füßen 28, wonach es in den Einheiten 20 nach oben steigt durch Stäbe aus umhülltem Brennstoff, deren Achsen durch Strichpiinktlinien in einer der Brennstoffeinheiten 20 angedeutet sind, und über das obere Ende der Einheit nach außen tritt Der obere Abschnitt dieser abgebildeten Brennstoffeinheit 20 hat oberhalb 'der Brennstoffstäbe einen Block 31 aus einem Neutronenabsorber, so daß die Nebeneinanderanordnung dieser Blöcke einen oberen Neutronenschutz üildet Eine Ringnut 33 im oberen Abschnitt jeder Einheit 20 erlaubt deren Festhalten mit Hilfe des Greifers einer Bedienungseinrichtung (nicht gezeigt). Die Einheiten 20 werden einzeln positioniert, indem sie herabgelassen werden, um ihre Füße in die zugehörige Buchse 26 des Traggestells zu bringen. Der Fuß hat einen kreisförmigen Querschnitt, und der oberhalb des Traggestells liegende Teil hat im allgemeinen einen Sechseckquerschnitt, so daß jede Einheit 20 sich in einer Zelle berindet, die durch sechs benachbarte Einheiten begrenzt ist.

Die Neutronenfluß-Meßvorrichtung weist ein^n Neutronendetektor 34 auf, der sich unterhalb des Reaktorgefäßes 10 und des Sicherheitsgefäßes 16 befindet, d. h. in normaler Atmosphäre. Der abgebildete Detektor 34 liegt in der Achse des Reaktorkerns. Er kann aber auch an einem anderen Ort liegen, insbesondere auf einer Vertikalen durch den Rand des Reaktorkerns (gebildet durch Einheiten mit Spaltstoff) und der radialen Abdeckung (gebildet durch Einheiten mit ausschließlich Brutstoff).

Die Buchse 26 auf der Reaktorkernachse in der Nähe des Detektors 34 nimmt anstelle einer Brennstoffeinheit 20 einen geschlossenen Rohrbehälter 36 auf. Der Rohrbehälter 36 besteht aus einem oberen Abschnitt, dessen vertikale Ausdehnung und dessen Querschnitt gleich denen einer Einheit 20 sind, und aus einer unteren Verlängerung 38. Die Verlängerung 38, deren Durchmesser gleich dem eines Fußes 28 ist, erstreckt sich nach unterhalb des Traggestells und endet in der Nähe der Innenwand des Reaktorgefäßes 10. Der obere Abschnitt ist mit einer Ringnut 33 versehen, die die Handhabung des Rohrbehälters 36 wie eine Brennstoffeinheit erlaubt. Der Rohrbehälter 36 besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, er ist mit einem inerten Gas von geringem Neutroneneinfangquerschnitt gefüllt, im allgemeinen Argon oder Helium. Das Gas, das sich im Rohrbehälter befindet, wird vorzugsweise so gewählt, daß sein Druck im Kalten etwas höher als der Atmosphärendruck ist, wobei der Druck bei der Betriebstemperatur des Reaktors einige Bar beträgt. Beim abgebildeten Ausführungsbeispiel ist der obere Abschnitt des Rohrbehälters 36 von einem Block 40 aus einem Neutronenabsorber ausgefüllt, der sich in Höhe der Blöcke 31 befindet und den oberen biologischen Schutzmantel vervollständigt.

Beim abgebildeten Ausführungsbeispiel kleidet ein Ringfutter 42 die Innenwand des Rohrbehälters 36 zwisehen dem unteren Ende des Reaktorkerns (Höhe 44) und dem Fuß aus.

Beispielsweise hat für einen Reaktor, dessen Kern eine Höhe von 850 mm aufweist und dessen innere Frontseite 1185 mm oberhalb des Traggestells liegt, die Rohrbehälterverlängerung 38. ausgehend von der oberen Platte 22 des Traggestell eint Länge von 3600 mm. wobei die Rohrbehälterverlängerung 20 mm vor dem· Boden des Reaktorgefäßes 10 endet

Es ist offensichtlich, daß in der beschriebenen Meßvorrichtung die vom Reaktorkern kommenden Neutronen den Detektor 34 unter Durchdringung nur einer kleinen Anzahl von Metallwänden erreichen, von denen die eine (Boden des Rohrbehälters 36) eine geringe Dikke hat, sowie einer dünnen Natriumschicht anstatt der Schicht, die das Traggestell vom Boden des Gefäßes 10 trennt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Neutronenflußmeßvorrichtung für einen Kernreaktor, der innerhalb eines Reaktorgefäßes einen von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Reaktorkern aufweist, bestehend aus einem unterhalb des Reaktorgefäßes angeordneten Neutronendetektor und aus einer vertikal über diesem angeordneten zum Reaktorkern gerichteten rohrförmigen Kammer, die an beiden Enden abgeschlossen und mit einem Inertgas gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Aufbau des Reaktorkerns aas vertikal angeordneten, länglichen Brennstoffeinheiten (20) die rohrförmige Kammer durch einen anstelle einer Brennstoffeinheit einsetzbaren Rohrbehä'ter (36) gebildet ist, der nach unten eine sich bis zur Innenwand des Reaktorgefäßes (10) erstreckende Verlängerung (38) aufweist

2. Neutronenflußmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrbehälter (36) nach oben hin eine Aussparung mit einer Ringnut (33) aufweist, in welche der Greifer einer Bedienungseinrichtung einsetzbar ist.

3. Neutronenflußmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von flüssigem Natrium als Kühlmittel, das oberhalb seiner freien Oberfläche mit einem Deckgas bedeckt ist, das innerhalb des Rohrbehälters befindliche Inertgas gleich dem Deckgas ist.